Galaxies

Neue Bilder von nahen Galaxien und ihrer Umgebung enthüllen Details der galaktischen Entstehung und Entwicklung – und Rätsel, die es noch zu lösen gilt.

Eine Galaxie in einem Teleskop (oder einem Hubble-Bild) mag still und still erscheinen, aber das liegt nur daran, dass wir Menschen ungeduldig sind.

Über Millionen oder sogar Milliarden von Jahren baut die Schwerkraft Galaxien auf – und zerstört sie. In zwei Studien, die am 14. Juni auf dem Treffen der American Astronomical Society (AAS) vorgestellt wurden, zeigen Astronomen einige Möglichkeiten, wie Galaxien wachsen und sterben können.

M94: Ein ruhiges Leben

M94 Dieses zusammengesetzte Bild von M94 im sichtbaren und ultravioletten Bereich hebt den atemberaubenden Starburst-Ring hervor, der den Kern der Spiralgalaxie umgibt. M94: ESA / HUBBLE & NASA;

Da wir die Galaxienentwicklung nicht in Echtzeit verfolgen können, wurde die Doktorandin Katya Gozman (Universität von Michigan) zu einer Art Geologin, die tief in die Geschichte der Spiralgalaxie M94 eintaucht, die 16 Millionen Lichtjahre entfernt in Canes Venatici liegt.

In der Geologie sind es die Felsen, die sich erinnern; In der Astronomie sind es die Sterne. Wenn zwei Galaxien kollidieren, schleudert die größere die Sterne der kleineren an den galaktischen Bordstein, hinaus in den stellaren Halo. Im Vergleich zur Galaxie ist der stellare Halo riesig und bedeckt mehr als das Zehnfache der Fläche am Himmel wie die Galaxie selbst.

Mit der Hyper-Suprime-Kamera des Subaru-Teleskops, das auf dem Mauna Kea auf Hawaii ruht, führte Gozman lange und genaue Beobachtungen dieser Galaxie durch. Diese Bilder graben tief, um einzelne Sterne in ihrem Halo zu enthüllen. Aber zur Überraschung des Teams fanden sie trotz der Empfindlichkeit der Bilder nur wenige Sterne im Heiligenschein. Diejenigen, die dort sind, sind uralt, wie ihre makellose Beschaffenheit zeigt.

Hyper Suprime Cam-Bild von M94Die Sichtfelder der Hyper Suprime Cam werden einem Weitwinkelbild von M94 überlagert. Ein aktuelles Bild der Hyper Suprime Cam befindet sich rechts und zeigt einzelne Sterne im riesigen Sternenhalo von M94. (Der Maßstabsbalken unten links markiert die Größe des Heiligenscheins.)Adam Smercina; Links: SDSS; Rechts: NAOJ / Hyper Suprime Cam

Ein solch spärlicher Halo weist darauf hin, dass M94 ein ruhiges Leben geführt hat, mit wenigen galaktischen Kollisionen, die den Frieden stören. Sogar Zwerggalaxien haben anscheinend einen Bogen gemacht.

Das bedeutet, dass sich die Menge der Sterne im Zentrum von M94 dort nicht wegen einer Verschmelzung versammelt hat, wie es oft in anderen Galaxien der Fall ist. Stattdessen ist es wahrscheinlich, dass die Galaxie mit kosmischen Flüssen verbunden ist, entlang derer Gas einströmt, um das Wachstum der Galaxie und insbesondere des Bulge zu fördern. Aber wie genau das passiert, sagt Gozman, muss noch erforscht werden.

M81: Mordgeheimnis

M81Die große, helle Scheibe von M81 kontrastiert mit ihren zarten Spiralarmen. ES

Auf der anderen Seite steckte die Hyper Suprime Cam auch hinter der Entdeckung des mutmaßlichen galaktischen Todes um die Spirale M81.

Eric Bell (ebenfalls an der University of Michigan) konzentrierte sich auf diese nahe gelegene Galaxie, 12 Millionen Lichtjahre entfernt in Ursa Major, wegen ihrer Ähnlichkeit mit unserer eigenen. Er suchte nach der Art schwacher Zwerggalaxien, die die Milchstraße umkreisen, und er scheint sie gefunden zu haben: eine mit Sicherheit und sechs viel schwächere Kandidaten.

Wie die ultraschwachen Satelliten, die unsere Galaxie umkreisen, sind die Sterne der schwachen Zwergkandidaten so spärlich, dass man direkt durch sie hindurchsehen kann, erklärte Bell auf der AAS-Pressekonferenz. Ihre Oberflächenhelligkeit bewegt sich um 28 oder 29 Größenordnungen pro Quadratbogensekunde und ist damit schwächer als das natürliche Leuchten des Nachthimmels (das abgezogen wurde). Er wird Beobachtungen des Hubble- oder James-Webb-Weltraumteleskops benötigen, um die Identität der Zwerge zu bestätigen.

Doch obwohl Bell gefunden zu haben scheint, wonach er gesucht hat, nennt er die Entdeckung „Bananen“. Das liegt daran, dass die von ihm gefundenen Kandidaten keine Satelliten von M81 sind; Stattdessen gruppieren sie sich um eine viel kleinere Nachbargalaxie, NGC 3077. Sie scheinen als Gruppe auf M81 zuzufallen.

Sterne, die vor einem schwarzen Hintergrund aufgetragen und beschriftet sindDieses Bild der Gruppe Messier 81 zeigt bekannte Satellitengalaxien in Rot und die neuen Zwergentdeckungen in Gelb. Sowohl die bekannten als auch die neu entdeckten scheinen sich um das dritthellste Gruppenmitglied, NGC 3077, statt um M81 selbst zu gruppieren. Wenn die Kandidaten bestätigt werden, wird dieser Fund Galaxienentstehungsmodelle herausfordern. Sloan Digital Sky Survey

Aber was ist mit den Satelliten passiert, die sich um M81 gruppieren sollten?

Vielleicht erzeugt das Gravitationsfeld von M81 Gezeitenkräfte, die alle kleineren Galaxien auseinanderreißen, die sich zu nahe wagen. Schließlich sind Zwerggalaxien, die im Gravitationsnetz einer größeren Galaxie gefangen sind, zerbrechliche Dinge. Simulationen deuten darauf hin, dass von 100 Zwergen, die auf eine größere Galaxie fallen, nur 10 voraussichtlich über Milliarden von Jahren überleben werden – die größere Galaxie zerstreut den Rest. „Das sind Schläger“, sagt Bell. „Sie stehlen [the dwarfs’] Essensgeld.“

Aber wenn Gezeitenkräfte schuld sind, sagt Bell, dann ist das auch ein Rätsel: „Gezeiten sind nur Schwerkraft, also sind sie bereits in Modellen der Galaxienentstehung enthalten.“ Mit anderen Worten, kosmologischen Simulationen der Galaxienentstehung scheint etwas zu fehlen. „Mit Beobachtungen wie dieser plus Modellierung“, sagt er, „werden wir hoffentlich lernen, was im wirklichen Leben anders passiert als bei den Modellen.“


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